Термоостаточная намагниченность

Когда магматическая порода остывает, она приобретает термоостаточную намагниченность ( ТРМ ) от поля Земли. TRM может быть намного больше, чем было бы при воздействии того же поля при комнатной температуре (см. изотермическую остаточную намагниченность ). Эта остаточная намагниченность также может быть очень стабильной и сохраняться без существенных изменений в течение миллионов лет. TRM является основной причиной того, что палеомагнетисты могут определить направление и величину поля древней Земли. ^{[ 1 ]}

История

Еще в одиннадцатом веке китайцы знали, что кусок железа можно намагнитить, если нагреть его докрасна, а затем закалить в воде. При закалке его ориентировали в поле Земли для получения нужной полярности. В 1600 году Уильям Гилберт опубликовал «De Magnete» (1600), отчет о серии тщательных экспериментов по магнетизму. В нем он описал закалку стального стержня в направлении поля Земли и, возможно, был знаком с китайской работой. ^{[ 2 ]}

В начале 20 века несколько исследователей обнаружили, что магматические породы обладают остаточной намагниченностью , гораздо более интенсивной, чем остаточная намагниченность, приобретаемая в поле Земли без нагрева; что нагрев камней в магнитном поле Земли может намагничивать их в направлении поля; и что поле Земли в прошлом изменило свое направление. ^{[ 3 ]}

В палеомагнетизме

Размагничивание

Давно известно, что ТРМ можно удалить, если нагреть его выше температуры Кюри. $\scriptstyle T_{\text{C}}$ минералов, несущих его. TRM также можно частично размагнитить, нагрев до более низкой температуры. $\scriptstyle T_{1}$ и остужаем обратно до комнатной температуры. Распространенной процедурой в палеомагнетизме является ступенчатое размагничивание , при котором образец нагревается до ряда температур. $\scriptstyle T_{1},T_{2},\ldots$ , охлаждение до комнатной температуры и измерение остаточной намагниченности между каждым этапом нагрева. Ряд остаточной намагниченности можно построить различными способами, в зависимости от приложения.

Частичный ТРМ

Если порода впоследствии повторно нагревается (например, в результате захоронения), часть или вся TRM может быть заменена новой остаточной намагниченностью. Если это только часть остаточной намагниченности, она известна как частичная термоостаточная намагниченность (pTRM) . Поскольку были проведены многочисленные эксперименты по моделированию различных способов приобретения остаточной намагниченности, pTRM может иметь и другие значения. Например, его также можно получить в лаборатории, охладив в нулевом поле до температуры $\scriptstyle T_{1}$ (ниже температуры Кюри ), приложение магнитного поля и охлаждение до температуры $\scriptstyle T_{2}$ , а затем охлаждаем оставшуюся часть пути до комнатной температуры в нулевом поле.

Идеальное поведение TRM

Законы Телье

Идеальный TRM — это тот, который может записывать магнитное поле таким образом, чтобы его направление и интенсивность можно было измерить с помощью какого-либо процесса в лаборатории. Телье показал, что это можно сделать, если pTRM будет удовлетворять четырем законам. Предположим, что A и B — два непересекающихся температурных интервала. Предположим, что $\scriptstyle M_{\text{A}}$ представляет собой pTRM, который получается путем охлаждения образца до комнатной температуры, только с переключением поля $\scriptstyle H$ горит, пока температура находится в интервале А; $\scriptstyle M_{\text{B}}$ имеет аналогичное определение. Законы Телье – это

Линейность : $\scriptstyle M_{\text{A}}(H)$ и $\scriptstyle M_{\text{B}}(H)$ пропорциональны $\scriptstyle H$ когда $\scriptstyle H$ не намного больше, чем нынешнее поле Земли.
Взаимность : $\scriptstyle M_{\text{A}}$ можно удалить нагреванием через температурный интервал $\scriptstyle A$ , и $\scriptstyle M_{\text{B}}$ через $\scriptstyle B$ .
Независимость : $\scriptstyle M_{\text{A}}$ и $\scriptstyle M_{\text{B}}$ независимы.
Аддитивность : если $\scriptstyle M_{{\text{A}}\cup {\text{B}}}$ достигается включением поля в обоих температурных интервалах, $\scriptstyle M_{{\text{A}}\cup {\text{B}}}=M_{\text{A}}+M_{\text{B}}$ .

Если эти законы справедливы для любых непересекающихся температурных интервалов $\scriptstyle A$ и $\scriptstyle B$ , образец удовлетворяет законам Телье. ^{[ 4 ]}

Простая модель законов Телье

Предположим, что в образце имеется множество магнитных минералов, каждый из которых обладает следующим свойством: Он суперпарамагнитен до тех пор, пока температура не достигнет температуры блокировки. $\scriptstyle T_{\text{B}}$ который не зависит от магнитного поля для малых полей. При температуре ниже $\scriptstyle T_{\text{B}}$ . Если полученный ТРМ нагреть в нулевом поле, он снова станет суперпарамагнитным при температуре разблокировки. $\scriptstyle T_{\text{UB}}$ это равно $\scriptstyle T_{\text{B}}$ . Тогда легко проверить, что выполняются взаимность, независимость и аддитивность. Остается только обеспечить соблюдение линейности, чтобы соблюдаться все законы Телье.

Модель Нееля для однодоменного TRM

Луи Неель разработал физическую модель, которая показала, как настоящие магнитные минералы могут обладать вышеуказанными свойствами. Это относится к однодоменным частицам , имеющим однородную намагниченность и способным вращаться только как единое целое. ^{[ 5 ]}

См. также

Каменный магнетизм

Ссылки

^ Стейси, Фрэнк Д.; Банерджи, Субир К. (1974). Физические принципы магнетизма горных пород . Эльзевир . п. 105. ИСБН 0-444-41084-8 .
^ Темпл, Роберт (2006). Гений Китая . Андре Дойч . стр. 169–171. ISBN 0-671-62028-2 .
^ Глен, Уильям (1982). Дорога в Харамильо: критические годы революции в науках о Земле . Издательство Стэнфордского университета . ISBN 0-8047-1119-4 .
^ Данлоп, Дэвид Дж.; Оздемир, Озден (1997). Каменный магнетизм: основы и границы . Кембриджский университет Нажимать . стр. 223–224 . ISBN 0-521-32514-5 .
^ Неель, Луи (1955). «Некоторые теоретические аспекты магнетизма горных пород» (PDF) . Достижения физики . 4 (14): 191–243. Бибкод : 1955AdPhy...4..191N . дои : 10.1080/00018735500101204 .

[1] Стейси, Фрэнк Д.; Банерджи, Субир К. (1974). Физические принципы магнетизма горных пород . Эльзевир . п. 105. ИСБН 0-444-41084-8 .

[Temple-2] Темпл, Роберт (2006). Гений Китая . Андре Дойч . стр. 169–171. ISBN 0-671-62028-2 .

[3] Глен, Уильям (1982). Дорога в Харамильо: критические годы революции в науках о Земле . Издательство Стэнфордского университета . ISBN 0-8047-1119-4 .

[Dunlop-4] Данлоп, Дэвид Дж.; Оздемир, Озден (1997). Каменный магнетизм: основы и границы . Кембриджский университет Нажимать . стр. 223–224 . ISBN 0-521-32514-5 .

[Neel-5] Неель, Луи (1955). «Некоторые теоретические аспекты магнетизма горных пород» (PDF) . Достижения физики . 4 (14): 191–243. Бибкод : 1955AdPhy...4..191N . дои : 10.1080/00018735500101204 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]